JP7522478B2 - Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method - Google Patents

Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP7522478B2
JP7522478B2 JP2022198740A JP2022198740A JP7522478B2 JP 7522478 B2 JP7522478 B2 JP 7522478B2 JP 2022198740 A JP2022198740 A JP 2022198740A JP 2022198740 A JP2022198740 A JP 2022198740A JP 7522478 B2 JP7522478 B2 JP 7522478B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separation
adjustment mechanism
back pressure
pressure adjustment
supercritical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022198740A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024084458A (en
Inventor
昌樹 大田
宏 猪股
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2022198740A priority Critical patent/JP7522478B2/en
Priority to PCT/JP2023/043813 priority patent/WO2024128121A1/en
Publication of JP2024084458A publication Critical patent/JP2024084458A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7522478B2 publication Critical patent/JP7522478B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/04Solvent extraction of solutions which are liquid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Description

本発明は、超臨界・亜臨界流体装置、及び、それを用いた溶媒抽出分離方法、並びに製品の製造方法に関する。 The present invention relates to a supercritical/subcritical fluid device, a solvent extraction separation method using the same, and a method for manufacturing products.

近年、人々の健康志向の向上や安全性への関心の高まりから、天然由来の機能性成分の利用が注目されている。これらの成分は、食品分野から医療分野まで、健康維持・増進を目的とした利用について注目されており、特に、サプリメント、健康食品・飲料等の食品関連分野における利用に関して、より一層の注目を集めている。また、化粧品や一般・医療用医薬品等の分野においても、天然由来の機能性成分は、製品の付加価値向上に向けたキーマテリアルとして注目されている。 In recent years, the use of naturally derived functional ingredients has been attracting attention due to people's increasing health consciousness and interest in safety. These ingredients have been attracting attention for their use in maintaining and promoting health in fields from food to medicine, and in particular, their use in food-related fields such as supplements, health foods and beverages has been attracting even more attention. Furthermore, in fields such as cosmetics and general and medical drugs, naturally derived functional ingredients are attracting attention as key materials for increasing the added value of products.

これら、天然由来の機能性成分に関連した、医薬や食品の素材の製造プロセスにおいては、目的物質を溶解させることを目的として、高環境負荷の有機溶媒を多量に使用する場合がある。
一方、有機溶媒の中には、人体に影響を及ぼすものも存在することから、厚生労働省(日本国)は、医薬品の製造における残量溶媒のガイドラインを設定しており、一般に周知されている(参照:インターネットURL;HTTPS://WWW.pmda.go.jp/files/000156502.pdf)。
In the manufacturing processes of pharmaceutical and food ingredients related to these naturally derived functional components, large amounts of organic solvents, which have a high environmental impact, may be used to dissolve the target substances.
On the other hand, since some organic solvents have adverse effects on the human body, the Ministry of Health, Labor and Welfare (Japan) has established guidelines for residual solvents in pharmaceutical manufacturing, which are widely known (see Internet URL: HTTPS://WWW.pmda.go.jp/files/000156502.pdf).

現時点では、上記のような規制のもとに製造された医薬品やサプリメント、食品等を、長期的に経口・経皮接種する患者又は使用者において、残留溶媒に起因する副作用等の問題が生じているか否かは明らかとなっていない。また、食品添加物等の製造プロセスにおいても上記に類似した規制があるが、目的物質の溶解に有機溶媒を使用する限り、上述したような残留溶媒に関する問題は避けられない。 At present, it is unclear whether side effects or other problems caused by residual solvents occur in patients or users who orally or transdermally ingest, over the long term, medicines, supplements, foods, etc. manufactured under the above-mentioned regulations. In addition, similar regulations exist in the manufacturing process of food additives, etc., but as long as organic solvents are used to dissolve the target substances, problems related to residual solvents such as those mentioned above cannot be avoided.

上記のような背景のもと、本発明者等は、安心且つ安全な医薬食品素材を製造するための技術として、例えば、水やエタノ―ル、二酸化炭素(CO)といった自然界に大量に存在する物質のみを用いた、人間や環境に優しい溶媒抽出分離技術について、鋭意研究を進めてきた。本発明者等は、下記非特許文献1において、上記の各物質のうち、水は高極性、エタノールは両親媒性、COは高圧下においてn-hexaneに匹敵する低極性溶媒としてそれぞれ機能することに基づき、これらの特性を高圧下で高度に活用した方法を提案している。非特許文献1には、溶媒を抽出して分離する向流型の超臨界流体装置として、抽出分離カラムの上部からは気体を(気相)、下部(底部)からは分離物(液相:目的物質を含む)を回収し、且つ、抽出分離カラムにおける気相と液相の2つの吐出口の各々に連動式自動背圧弁を設けた構成の装置を開示している。非特許文献1に開示した超臨界流体装置によれば、上記構成により、各背圧弁の開状態-閉状態の時間間隔を制御することが可能となるので、一度分離された気液両相の連続送液に不具合が生じることなく、溶媒の抽出分離を効率良く確実に行うことが可能となる。 Under the above background, the present inventors have been actively researching human- and environmentally-friendly solvent extraction and separation technology using only substances that exist in large quantities in nature, such as water, ethanol, and carbon dioxide (CO 2 ), as a technology for producing safe and secure pharmaceutical and food materials. In the following Non-Patent Document 1, the present inventors have proposed a method that makes high use of the properties of the above substances, namely, water is highly polar, ethanol is amphipathic, and CO 2 functions as a low-polarity solvent comparable to n-hexane under high pressure. Non-Patent Document 1 discloses a countercurrent-type supercritical fluid device that extracts and separates a solvent, recovering gas (gas phase) from the top of an extraction and separation column and a separated product (liquid phase: including the target substance) from the bottom, and providing an automatic back pressure valve at each of the two outlets for the gas phase and the liquid phase in the extraction and separation column. According to the supercritical fluid apparatus disclosed in Non-Patent Document 1, the above-mentioned configuration makes it possible to control the time interval between the open state and the closed state of each back pressure valve, so that extraction and separation of the solvent can be performed efficiently and reliably without any problems occurring in the continuous transfer of the gas and liquid phases once separated.

また、非特許文献2においては、並流型の流体装置における抽出容器(カラム)が急速に減圧することで容器が損傷するのを防止することを目的として、抽出容器からの抽出時間に下限を設けることが提案されている。 In addition, Non-Patent Document 2 proposes setting a lower limit on the extraction time from an extraction vessel in a parallel flow fluid device in order to prevent the vessel from being damaged by rapid depressurization of the vessel.

また、特許文献1には、超臨界を用いてアルコールを濃縮するのにあたり、向流接触装置を用いて、発酵アルコール供給ラインから原料を、溶解剤供給ラインから溶解剤を投入し、これらを向流で接触させる向流接触装置が提案されている。特許文献1の向流接触装置によれば、上部のアルコール等の軽液の取り出しラインからアルコールを、下部の水等の重液の取り出しラインから水を取り出す構成とされ、上部のラインに設けられた減圧弁を開放して減圧することにより、不純物分離槽にアルコール等を取り出し、相分離できる構成とされている。 Patent Document 1 also proposes a countercurrent contactor for concentrating alcohol using supercritical fluids, in which raw material is fed from a fermentation alcohol supply line and a dissolving agent is fed from a dissolving agent supply line, and these are brought into contact in a countercurrent manner. The countercurrent contactor of Patent Document 1 is configured to extract alcohol from an upper line for extracting light liquids such as alcohol, and water from a lower line for extracting heavy liquids such as water, and is configured to extract alcohol and the like into an impurity separation tank and perform phase separation by opening a pressure reducing valve installed in the upper line to reduce pressure.

また、特許文献2には、金属含有物質からウラン等を回収するシステムが提案されている。特許文献2に記載のシステムは、超臨界流体溶媒等を含む金属含有物質が、第一ステーション、第二ステーションに配置され、抽出材が第二ステーションに導入された後、第一ステーション18に導入され、金属を抽出する。その後、抽出物を剥離カラムに移動させ、気体成分を分離器に移動させ減圧した後、気体と錯化剤に分離する構成とされている。 Patent Document 2 also proposes a system for recovering uranium and other metal-containing materials. In the system described in Patent Document 2, metal-containing materials containing a supercritical fluid solvent and the like are placed in a first station and a second station, and an extraction agent is introduced into the second station and then into the first station 18 to extract the metal. The extract is then moved to a stripping column, and the gas components are moved to a separator and reduced pressure, after which they are separated into gas and complexing agent.

特開昭62-25985号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-25985 特表2008-533442号公報Special Publication No. 2008-533442

Y.Hoshino et al.,‘Fractionation of hops-extract-ethanol solutions using dense CO2 with a counter-current extraction column’,The Journal of Supercritical Fluids 136(2018),37-43Y. Hoshino et al., ‘Fractionation of hops-extract-ethanol solutions using dense CO2 with a counter-current extraction column’, The Journal of Supercritical Fluids 136(2018), 37-43 E.A. Richter et al.,‘Thermodynamic properties of CO2 during controlled decompression of supercritical extraction vessels’,J. of Supercritical Fluids 98(2015),102-110E.A. Richter et al., ‘Thermodynamic properties of CO2 during controlled decompression of supercritical extraction vessels’, J. of Supercritical Fluids 98(2015), 102-110

上記のように、超臨界流体溶媒等を用いた製造プロセスにおいて必要な目的成分を含む試料等を、向流型のカラムを備えた流体装置を用いて気相分離し、液相側で目的物質を得る場合、一般的に、試料の前処理に時間がかかる傾向がある。また、前処理の手法によっては、有機溶剤が残留するか、あるいは、一部の成分の減少や変性起こりうる。例えば、天然物からの機能性成分の抽出分離法においては、一般に固体天然物試料を(1)乾燥、(2)粉砕、(3)有機溶媒によって抽出、という前処理プロセスが必要となる。このため、本発明者等は、天然物原料を直接、水熱ペースト化した試料として、前処理の時間がかかることなく、また、目的成分を失うことなく、有機溶剤を用いない条件で、より迅速な抽出処理ができるかどうか試みた。しかしながら、水熱ペースト法で得られる試料はスラリーを含むものであり、このような試料を、超臨界流体を採用した製造プロセスで用いる場合、以下のような課題があった。
超臨界流体を用いた製造プロセスにおける背圧弁の出口側においては、超臨界流体が断熱膨張することから、温度の低下に伴う凍結が発生し易い状態となる。このため、スラリーを流体装置内で送液した場合には、背圧弁の出口側において固形分を含むスラリーが凍結することで、この部分に閉塞が生じることがある。この場合、例えば、背圧弁の出口側にヒータを設置して加温することも考えられる。しかしながら、非特許文献1に記載の連動式背圧弁を用いた吐出システムでは、1/16インチという細管であるのに加えて、速い開閉速度を備えたソレノイド式の背圧弁を用いているため、閉塞しやすいという問題があった。
As described above, when a sample containing a target component required in a manufacturing process using a supercritical fluid solvent or the like is separated into a gas phase using a fluid device equipped with a countercurrent column to obtain a target substance on the liquid phase side, the pretreatment of the sample generally tends to take a long time. In addition, depending on the pretreatment method, organic solvent may remain or some components may be reduced or denatured. For example, in a method for extracting and separating functional components from natural products, a pretreatment process is generally required in which a solid natural product sample is (1) dried, (2) crushed, and (3) extracted with an organic solvent. For this reason, the present inventors tried to determine whether a more rapid extraction process could be performed under conditions without taking a long time for pretreatment, without losing the target component, and without using an organic solvent, by directly converting the natural product raw material into a hydrothermal paste sample. However, the sample obtained by the hydrothermal paste method contains a slurry, and when such a sample is used in a manufacturing process using a supercritical fluid, the following problems arise.
In a manufacturing process using a supercritical fluid, the supercritical fluid undergoes adiabatic expansion at the outlet side of the back pressure valve, which is prone to freezing due to a drop in temperature. For this reason, when a slurry is pumped through a fluid device, the slurry containing solids at the outlet side of the back pressure valve may freeze, causing blockage in this area. In this case, for example, a heater may be installed on the outlet side of the back pressure valve to heat it. However, the discharge system using the interlocking back pressure valve described in Non-Patent Document 1 has a problem of being prone to blockage because it uses a solenoid-type back pressure valve with a fast opening and closing speed in addition to a thin tube of 1/16 inch.

上記のように、スラリー状の分離物を取り出す用途に従来の流体装置を用いた場合には、液相側の背圧弁に閉塞が発生することによるプロセスの停止、並びに、メンテナンスの頻繁な実施を余儀なくされる場合もある。このため、生産性の低下を招くとともに、メンテナンスに要する時間や費用も増大するという問題があった。 As described above, when conventional fluidic devices are used to extract a slurry-like separated product, the back pressure valve on the liquid phase side can become clogged, forcing the process to be stopped and frequent maintenance work to be performed. This can lead to reduced productivity and increased time and costs required for maintenance.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、スラリー状の分離物を液相側から取り出す場合においても、背圧弁や配管等に閉塞が生じることがなく、生産性及びメンテナンス性に優れた超臨界・亜臨界流体装置及びそれを用いた溶媒抽出分離方法並びに製品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a supercritical/subcritical fluid device that is excellent in productivity and maintainability, and a solvent extraction separation method and product manufacturing method using the same, without causing blockages in back pressure valves or piping, even when a slurry-like separated product is extracted from the liquid phase side.

本発明者等は、上記問題を解決するため、さらなる鋭意検討を重ねた。この結果、背圧弁の構成及び開閉条件を最適化し、分離抽出用カラムにおける気相側と液相側とで圧力差を生じさせる構成を採用することで、背圧弁の出口側において急激な断熱膨張が生じるのを抑制し、スラリー状の分離物が凍結して閉塞が発生するのを防止できることを見出した。さらに、気相側と液相側とで圧力差を生じさせることで、分離抽出用カラムの下部に配置される液相側の吐出口からのスラリーを含む分離物(目的物質)の取り出しが容易になることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、以下の態様を有する。
The present inventors have conducted further intensive research to solve the above problems. As a result, they have found that by optimizing the configuration and opening/closing conditions of the back pressure valve and adopting a configuration that generates a pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side of the separation and extraction column, it is possible to suppress the occurrence of sudden adiabatic expansion at the outlet side of the back pressure valve and prevent the slurry-like separated material from freezing and causing blockage. Furthermore, they have found that by generating a pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side, it is easy to take out the separated material (target substance) containing the slurry from the discharge port on the liquid phase side located at the bottom of the separation and extraction column, and have completed the present invention.
That is, the present invention has the following aspects.

分離抽出用カラムと、前記分離抽出用カラムの下部に第一の流路を介して接続され、超臨界流体となる移動相を供給する第一の送液部と、前記分離抽出用カラムの上部に第二の流路を介して接続され、分離対象物を供給する第二の送液部と、前記分離抽出用カラムの下部に第三の流路を介して接続され、前記分離抽出用カラム内を、前記移動相を超臨界流体状態に保つ第一の加圧状態とする第一の背圧調整機構と、前記分離抽出用カラムの上部に第四の流路を介して接続され、前記分離抽出用カラム内を、前記移動相を超臨界流体状態に保つ第二の加圧状態とする第二の背圧調整機構と、前記第一の背圧調整機構及び前記第二の背圧調整機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第一の加圧状態に対し、前記第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、前記第一の背圧調整機構及び前記第二の背圧調整機構を制御することを特徴とする、超臨界・亜臨界流体装置、及び、当該超臨界・亜臨界流体装置を用いた溶媒抽出分離方法、並びに、当該超臨界・亜臨界流体装置を用いて得た目的物質を機能性成分として含む製品の製造方法。 A separation and extraction column, a first liquid delivery section connected to the bottom of the separation and extraction column via a first flow path and supplying a mobile phase that becomes a supercritical fluid, a second liquid delivery section connected to the top of the separation and extraction column via a second flow path and supplying a substance to be separated, a first back pressure adjustment mechanism connected to the bottom of the separation and extraction column via a third flow path and setting the inside of the separation and extraction column to a first pressurized state that keeps the mobile phase in a supercritical fluid state, and a fourth back pressure adjustment mechanism connected to the top of the separation and extraction column via a fourth flow path and setting the inside of the separation and extraction column to a first pressurized state that keeps the mobile phase in a supercritical fluid state. A supercritical/subcritical fluid device, a solvent extraction separation method using the supercritical/subcritical fluid device, and a method for producing a product containing a target substance obtained using the supercritical/subcritical fluid device as a functional ingredient, the device comprising: a second back pressure adjustment mechanism that sets the second pressurized state to a pressure that maintains the pressure in a stable state; and a control unit that controls the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism, the control unit controlling the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism so as to reduce the second pressurized state by a predetermined pressure difference with respect to the first pressurized state.

本発明に係る超臨界・亜臨界流体装置によれば、上記のように、制御部が、第一の加圧状態に対し、第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、第一の背圧調整機構及び第二の背圧調整機構を制御する構成を採用している。これにより、分離抽出用カラムにおける気相側と液相側とで圧力差が生じるので、第一の背圧調整機構の出口側において急激な断熱膨張が生じるのを抑制し、スラリー状の分離物が凍結して閉塞が生じるのを防止できる。また、気相側と液相側とで圧力差が生じることで、分離抽出用カラムの下部に配置される液相側からのスラリー状の分離物の取り出しが容易になる。
従って、生産性及びメンテナンス性に優れた超臨界・亜臨界流体装置を提供できる。
According to the supercritical/subcritical fluid device of the present invention, as described above, the control unit controls the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism so as to reduce the second pressurized state by a predetermined pressure difference with respect to the first pressurized state. This generates a pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side of the separation and extraction column, suppressing the occurrence of sudden adiabatic expansion at the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism and preventing the slurry separated product from freezing and causing blockage. In addition, the pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side makes it easier to remove the slurry separated product from the liquid phase side located at the bottom of the separation and extraction column.
Therefore, it is possible to provide a supercritical/subcritical fluid device with excellent productivity and maintainability.

また、本発明に係る溶媒抽出分離方法によれば、上記構成を備えた本発明に係る超臨界・亜臨界流体装置を用いて、分離抽出用カラム内において、超臨界流体となる移動相と分離対象物とを向流接触させ、分離対象物から溶媒を抽出して分離することにより、分離対象物から目的物質を分離回収する方法を採用している。これにより、上記同様、スラリー状の分離物が凍結して第一の背圧調整機構の出口側で閉塞が生じるのを防止できるとともに、液相側からのスラリー状の分離物の取り出しが容易になる。
従って、生産性よく、分離対象物から目的物質を連続的に分離回収することが可能となる。
In addition, the solvent extraction separation method according to the present invention employs a method in which the supercritical/subcritical fluid apparatus according to the present invention having the above-mentioned configuration is used to bring the mobile phase, which is a supercritical fluid, into countercurrent contact with the object to be separated in a separation and extraction column, and the solvent is extracted and separated from the object to be separated, thereby separating and recovering the target substance from the object to be separated. As a result, as in the above, it is possible to prevent the slurry-like separated product from freezing and causing blockages on the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism, and it is easy to remove the slurry-like separated product from the liquid phase side.
Therefore, it becomes possible to continuously separate and recover the target substance from the object of separation with good productivity.

また、本発明に係る製品の製造方法によれば、上記同様、上記構成を備えた本発明に係る超臨界・亜臨界流体装置を用い、これによって得られた目的物質を機能性成分として含む製品の製造方法なので、同様に、スラリー状の分離物が凍結して第一の背圧調整機構の出口側で閉塞が生じるのを防止できるとともに、液相側からのスラリー状の分離物の取り出しが容易になる。 In addition, according to the method for producing a product according to the present invention, the supercritical/subcritical fluid device according to the present invention having the above-mentioned configuration is used to produce a product containing the target substance obtained as a functional component, so that similarly, it is possible to prevent the slurry-like separated product from freezing and causing blockages on the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism, and it is easy to remove the slurry-like separated product from the liquid phase side.

本発明の一実施形態である超臨界・亜臨界流体装置及び溶媒抽出分離方法並びに製品の製造方法について模式的に説明する図であり、超臨界流体装置の一例を示す系統図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a supercritical/subcritical fluid apparatus, a solvent extraction separation method, and a product manufacturing method according to one embodiment of the present invention, and is a system diagram showing an example of a supercritical fluid apparatus.

以下、本発明に係る超臨界・亜臨界流体装置及び溶媒抽出分離方法並びに製品の製造方法の一実施形態について、図1を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる各図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, one embodiment of the supercritical/subcritical fluid apparatus, solvent extraction separation method, and product manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
In addition, in each drawing used in the following description, for the sake of convenience, characteristic parts may be shown enlarged in order to make the features easier to understand, and the dimensional ratios may differ from the actual ones. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately changed and implemented within the scope that does not change the gist of the present invention.

<超臨界流体装置>
以下、本実施形態の超臨界・亜臨界流体装置の全体構成について、図1を参照しながら詳述する。
図1は、本実施形態の超臨界・亜臨界流体装置100の全体構成を概略で示す系統図である。
なお、本発明における「超臨界」とは、所定の温度、所定の高圧下において、液体としての性質(溶解力)と気体としての性質(拡散力)とを持ち合わせている状態のものを意味する。一方、本発明における「亜臨界」とは、超臨界の臨界点よりやや低い温度、圧力下における状態のものをいう。本発明は、通常の超臨界状態の流体を用い、目的対象物の濃縮を行うものであるが、詳細を後述するように、装置の圧力を一部減圧しているため、処理過程において亜臨界状態が一部含まれることから、厳密の意味では超臨界・亜臨界流体装置である。このため、以下の説明においては、「超臨界・亜臨界流体装置」を「超臨界流体装置」と略称するが、これは、本発明における減圧下での亜臨界状態をも含む超臨界流体装置としての範囲を含むものとする。
<Supercritical fluid device>
The overall configuration of the supercritical/subcritical fluid apparatus of this embodiment will be described in detail below with reference to FIG.
FIG. 1 is a system diagram showing in outline the overall configuration of a supercritical/subcritical fluid device 100 according to the present embodiment.
In the present invention, "supercritical" refers to a state in which the properties of a liquid (dissolving power) and the properties of a gas (diffusion power) are combined at a predetermined temperature and a predetermined high pressure. On the other hand, "subcritical" refers to a state at a temperature and pressure slightly lower than the critical point of supercriticality. The present invention uses a normal supercritical fluid to concentrate the target object, but as will be described in detail later, the pressure of the device is partially reduced, so that the subcritical state is partially included in the treatment process, and therefore, strictly speaking, it is a supercritical/subcritical fluid device. For this reason, in the following description, "supercritical/subcritical fluid device" is abbreviated to "supercritical fluid device", but this includes the scope of the supercritical fluid device including the subcritical state under reduced pressure in the present invention.

図1に示すように、本実施形態の超臨界流体装置100は、分離抽出用カラム30、第一の送液部10、第二の送液部20、第一の背圧調整機構40、第二の背圧調整機構50、及び超臨界流体装置100を制御する図示略の制御部を備えて、概略構成される。
そして、本実施形態の超臨界流体装置100は、詳細を後述するように、第一の背圧調整機構40によって調節される分離抽出用カラム30の第一の加圧状態に対して、第二の背圧調整機構50によって調節される分離抽出用カラム30の第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、図示略の制御部によって第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御する。より詳細には、超臨界流体装置100は、分離抽出用カラム30の下部側(図1中の下端30a側)が上述した第一の加圧状態とされ、上部側(同図の上端30b側)が第二の加圧状態とされる。
As shown in FIG. 1, the supercritical fluid device 100 of this embodiment is generally configured to include a separation and extraction column 30, a first liquid delivery section 10, a second liquid delivery section 20, a first back pressure adjustment mechanism 40, a second back pressure adjustment mechanism 50, and a control section (not shown) that controls the supercritical fluid device 100.
As will be described in detail later, the supercritical fluid device 100 of this embodiment controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 by a control unit (not shown) so as to lower the second pressurized state of the separation and extraction column 30 adjusted by the second back pressure adjustment mechanism 50 by a predetermined pressure difference relative to the first pressurized state of the separation and extraction column 30 adjusted by the first back pressure adjustment mechanism 40. More specifically, in the supercritical fluid device 100, the lower side (the lower end 30a side in FIG. 1 ) of the separation and extraction column 30 is in the above-mentioned first pressurized state, and the upper side (the upper end 30b side in the same figure) is in the second pressurized state.

第一の送液部10は、分離抽出用カラム30の下部導入口31に第一の流路11を介して接続され、超臨界流体となる移動相を供給するものであり、本実施形態で説明する一例では、分離抽出用カラム30の下部に超臨界状態の流体Cを供給する。図示例の第一の送液部10は、超臨界流体源貯蔵槽1、減圧弁2、フィルター3、送液圧送ポンプ4、冷却機5、安全バルブ6、流量制御バルブ7、及びベントバルブ8を有する。 The first liquid delivery section 10 is connected to the lower inlet 31 of the separation and extraction column 30 via the first flow path 11, and supplies a mobile phase that becomes a supercritical fluid. In one example described in this embodiment, it supplies a supercritical fluid C to the lower part of the separation and extraction column 30. The first liquid delivery section 10 in the illustrated example has a supercritical fluid source storage tank 1, a pressure reducing valve 2, a filter 3, a liquid delivery pressure pump 4, a cooling machine 5, a safety valve 6, a flow rate control valve 7, and a vent valve 8.

超臨界流体源貯蔵槽1は、超臨界流体となる流体源を内部に貯留するものであり、上端側の出口1aが第一の流路11に接続されていることで、この第一の流路11を介して流体源を分離抽出用カラム30に向けて供給する。超臨界流体源貯蔵槽1としては、特に限定されず、この分野で一般的に用いられている金属製のタンクを何ら制限無く採用することが可能である。なお、本実施形態では、超臨界流体となる気体又は液体として二酸化炭素を用いた例を説明しているが、二酸化炭素以外にも、水、エタノール、グリセリン等の有機炭素を用いることができる。 The supercritical fluid source storage tank 1 stores therein a fluid source that will become a supercritical fluid, and the upper outlet 1a is connected to the first flow path 11, so that the fluid source is supplied to the separation and extraction column 30 via this first flow path 11. The supercritical fluid source storage tank 1 is not particularly limited, and any metal tank that is commonly used in this field can be used without any restrictions. In this embodiment, an example is described in which carbon dioxide is used as the gas or liquid that will become the supercritical fluid, but organic carbon such as water, ethanol, and glycerin can be used in addition to carbon dioxide.

減圧弁2は、第一の流路11の経路中において、超臨界流体源貯蔵槽1の出口1a近傍に設けられ、超臨界流体源貯蔵槽1から導出された流体源を、一定の圧力になるように制御するものである。減圧弁2としても、特に限定されず、例えば、高圧タンクに接続されて用いられる一般的な構成の減圧弁を何ら制限無く採用できる。 The pressure reducing valve 2 is provided in the first flow path 11 near the outlet 1a of the supercritical fluid source storage tank 1, and controls the fluid source derived from the supercritical fluid source storage tank 1 to a constant pressure. There are no particular limitations on the pressure reducing valve 2, and for example, a pressure reducing valve of a general configuration that is connected to a high-pressure tank can be used without any limitations.

フィルター3は、第一の流路11の経路中において、流体源の流れ方向で減圧弁2の下流側に設けられ、流体源に含まれる不純物成分を除去する。フィルター3としても、特に限定されず、流体の浄化処理に用いられる一般的な構成のフィルターを採用できる。 The filter 3 is provided in the first flow path 11 downstream of the pressure reducing valve 2 in the flow direction of the fluid source, and removes impurities contained in the fluid source. There are no particular limitations on the filter 3, and a filter of a general configuration used in fluid purification processing can be used.

送液圧送ポンプ4としては、例えば、HPLCポンプ(高速液体クロマトグラフィー(High Performance Liquid Chromatography)用ポンプ)等を用いる。送液圧送ポンプ4は、第一の流路11の経路中において、超臨界状態の流体Cの流れ方向でフィルター3の下流側に設けられ、第一の流路11を介して超臨界流体源貯蔵槽1に収容された流体源を加圧して送液する。送液圧送ポンプ4は、HPLCポンプに限定されず、流体の加圧圧送に用いられる一般的な、プランジャー式ポンプ等も採用できる。 The liquid pressure delivery pump 4 may be, for example, an HPLC pump (high performance liquid chromatography pump). The liquid pressure delivery pump 4 is provided downstream of the filter 3 in the flow direction of the supercritical fluid C in the first flow path 11, and pressurizes the fluid source contained in the supercritical fluid source storage tank 1 via the first flow path 11 to deliver the liquid. The liquid pressure delivery pump 4 is not limited to an HPLC pump, and may be a general plunger pump used for pressurizing and pumping fluids.

冷却機5は、第一の流路11を流通する流体源を断熱圧縮する際の冷却に用いるものであり、図示例においては、送液圧送ポンプ4に併設されている。送液圧送ポンプ4で液化した流体源を加圧圧送することで、超臨界状態の流体Cとなる。このような冷却器としては、例えば、一般的な水や冷媒等を用いたものを何ら制限無く採用できる。 The cooling machine 5 is used to cool the fluid source flowing through the first flow path 11 when it is adiabatically compressed, and in the illustrated example, is provided alongside the liquid delivery pressure pump 4. The liquefied fluid source is pressurized and pumped by the liquid delivery pressure pump 4 to become a supercritical fluid C. As such a cooling device, for example, one that uses general water or a refrigerant can be used without any restrictions.

安全バルブ6は、例えば、第一の流路11の経路中において、超臨界状態の流体Cの流通に何らかの不具合が生じた場合に、緊急的に開放することができるものである。このような安全バルブ6としても、特に限定されず、この分野で一般的に用いられるバルブを採用することが可能である。 The safety valve 6 can be opened in an emergency, for example, if some malfunction occurs in the flow of the supercritical fluid C in the first flow path 11. There are no particular limitations on the type of safety valve 6, and it is possible to adopt a valve that is commonly used in this field.

流量制御バルブ7は、分離抽出用カラム30への超臨界状態の流体Cの供給量を適宜調整するものである。流量制御バルブ7としても、特に限定されず、流体の流量制御に用いられる一般的なバルブを採用することが可能である。 The flow control valve 7 appropriately adjusts the amount of supercritical fluid C supplied to the separation and extraction column 30. There are no particular limitations on the type of flow control valve 7, and it is possible to use a general valve used to control the flow rate of fluids.

ベントバルブ8は、例えば、超臨界流体装置100のメンテナンスを行う際等において、エアや余分な液体を排出するために設けられる。ベントバルブ8としても、特に限定されず、この分野で一般的に用いられるバルブを何ら制限無く採用できる。 The vent valve 8 is provided to discharge air and excess liquid, for example, when performing maintenance on the supercritical fluid device 100. There are no particular limitations on the vent valve 8, and any valve commonly used in this field can be used without any restrictions.

上記構成を有する第一の送液部10により、超臨界状態の流体Cは、超臨界流体源貯蔵槽1から、冷却機5を併設した送液圧送ポンプ4により、第一の流路11を介して、詳細を後述する分離抽出用カラム30の下部導入口31から分離抽出用カラム30内に供給される。 The first liquid delivery section 10 having the above configuration delivers the supercritical fluid C from the supercritical fluid source storage tank 1 to the separation and extraction column 30 through the first flow path 11 by the liquid delivery pressure pump 4 equipped with a cooling device 5, and then through the lower inlet 31 of the separation and extraction column 30, the details of which will be described later.

第二の送液部20は、分離抽出用カラム30の上部に第二の流路21を介して接続され、分離対象物を供給するものであり、本実施形態で説明する一例では、分離抽出用カラム30の上部に、分離対象物として原料(本実施形態ではスラリーを含む試料)及びモディファイヤ((助溶媒、あるいはエントレーナ)本実施形態ではエタノール、またはエタノール水溶液)を含むフィード溶液Bを供給する。図示例の第二の送液部20は、分離対象物溶液貯蔵槽22、送液圧送ポンプ23、及び流量制御バルブ24を有する。 The second liquid delivery section 20 is connected to the top of the separation and extraction column 30 via a second flow path 21 and supplies the material to be separated. In one example described in this embodiment, a feed solution B containing a raw material (a sample containing a slurry in this embodiment) and a modifier (a co-solvent or entrainer, ethanol or an aqueous ethanol solution in this embodiment) is supplied to the top of the separation and extraction column 30. The second liquid delivery section 20 in the illustrated example has a storage tank 22 for the material to be separated, a liquid delivery pressure pump 23, and a flow control valve 24.

分離対象物溶液貯蔵槽22は、目的物質Mを含む分離対象物である原料と、モディファイヤからなるフィード溶液Bを内部に貯留するものであり、上端側の開口部22aから第二の流路21の一端が挿入されていることで、この第二の流路21を介してフィード溶液Bを分離抽出用カラム30に向けて供給する。分離対象物溶液貯蔵槽22としては、特に限定されず、この分野で一般的に用いられている金属製のタンクやガラス容器等を何ら制限無く採用することが可能である。 The separation subject solution storage tank 22 stores therein the raw material, which is the separation subject containing the target substance M, and the feed solution B, which is composed of a modifier, and one end of the second flow path 21 is inserted into the opening 22a on the upper end side, so that the feed solution B is supplied to the separation and extraction column 30 via this second flow path 21. The separation subject solution storage tank 22 is not particularly limited, and metal tanks, glass containers, and the like that are commonly used in this field can be used without any restrictions.

送液圧送ポンプ23は、第二の流路21の経路中において、分離対象物溶液貯蔵槽22の出口側に配置され、第二の流路21を介して分離対象物溶液貯蔵槽22に収容された原料及びモディファイヤからなるフィード溶液Bを送液する。送液圧送ポンプ23としても、特に限定されず、流体の加圧圧送に一般的に用いられるポンプを何ら制限無く採用できる。 The liquid delivery pressure pump 23 is disposed on the outlet side of the separation object solution storage tank 22 in the path of the second flow path 21, and delivers the feed solution B consisting of the raw material and modifier contained in the separation object solution storage tank 22 via the second flow path 21. There are no particular limitations on the liquid delivery pressure pump 23, and any pump commonly used for pressurizing and pumping fluids can be used without any restrictions.

流量制御バルブ24は、分離抽出用カラム30へのフィード溶液Bの供給量を適宜調整するものである。流量制御バルブ24としても、特に限定されず、上述した流量制御バルブ7と同様、流体の流量制御に用いられる一般的なバルブを採用することが可能である。 The flow control valve 24 appropriately adjusts the amount of feed solution B supplied to the separation and extraction column 30. There are no particular limitations on the flow control valve 24, and it is possible to use a general valve used to control the flow rate of a fluid, similar to the flow control valve 7 described above.

分離抽出用カラム30は、下部導入口31から超臨界流体となる移動相である超臨界状態の流体Cが導入されるとともに、上部導入口32から目的物質Mを含む分離対象物であるフィード溶液Bが導入される。これにより、分離抽出用カラム30は、内部において超臨界状態の流体Cとフィード溶液Bとが向流方向で接触する、所謂、向流型のカラムを構成する。
分離抽出用カラム30は、図示例においては、オーブン70の内部に配置され、下部側(下端30a側)が第一オーブン70Aの内部に配置されるとともに、上部側(上端30b側)が第二オーブン70Bの内部に配置されている。
In the separation and extraction column 30, a supercritical fluid C, which is a mobile phase that becomes a supercritical fluid, is introduced from a lower inlet 31, and a feed solution B, which is a separation target containing a target substance M, is introduced from an upper inlet 32. In this way, the separation and extraction column 30 constitutes a so-called countercurrent column in which the supercritical fluid C and the feed solution B come into contact with each other in a countercurrent direction inside the separation and extraction column 30.
In the illustrated example, the separation and extraction column 30 is disposed inside an oven 70, with its lower side (lower end 30a side) disposed inside a first oven 70A and its upper side (upper end 30b side) disposed inside a second oven 70B.

分離抽出用カラム30としては、超臨界抽出の用途で汎用される、例えば、ディクソンパッキン等の充填物が収容されたものが用いられる。分離抽出用カラム30は、上記の充填物により、例えば、超臨界状態の流体Cと、原料成分を含有する原料とエタノール及び水からなるフィード溶液Bとが向流接触することにより、原料に含まれる目的物質Mである各成分が気相・液相間において分配されることで、下端30a及び上端30bの各々から各成分が濃縮・抽出される。 The separation and extraction column 30 is one containing packing such as Dixon packing, which is commonly used in supercritical extraction applications. In the separation and extraction column 30, the above-mentioned packing causes countercurrent contact between the supercritical fluid C and the feed solution B, which is made up of a raw material containing raw material components and ethanol and water, and the components, which are the target substance M contained in the raw material, are distributed between the gas phase and the liquid phase, so that the components are concentrated and extracted from the lower end 30a and the upper end 30b.

そして、分離抽出用カラム30は、図1中に示した下端30a側から後述の第一の背圧調整機構40に向けて液相抽出物を導出するとともに、上端30b側から後述の第二の背圧調整機構50に向けて気相抽出物を導出する。 The separation and extraction column 30 outputs a liquid phase extract from the lower end 30a shown in FIG. 1 toward a first back pressure adjustment mechanism 40, which will be described later, and outputs a gas phase extract from the upper end 30b toward a second back pressure adjustment mechanism 50, which will be described later.

オーブン70は、上述したように、下部側が第一オーブン70Aとされ、上部側が第二オーブン70Bとされている。これら第一オーブン70A及び第二オーブン70Bは、それぞれ図示略のヒータ等により、分離抽出用カラム30が収容される内部空間を加熱することが可能な構成とされている。 As described above, the oven 70 has a first oven 70A at the bottom and a second oven 70B at the top. The first oven 70A and the second oven 70B are each configured to be capable of heating the internal space in which the separation and extraction column 30 is housed by a heater or the like (not shown).

第一オーブン70Aの内部には、第一の流路11に取り付けられ、この第一の流路11内を流通する超臨界状態の流体Cを予備加温するためのプレリボンヒーター71が設けられている。
また、第二オーブン70Bの内部には、第二の流路21に取り付けられ、第二の流路21内を流通するフィード溶液Bを予備加温するためのプレリボンヒーター72が設けられている。
A pre-ribbon heater 71 is provided inside first oven 70A and is attached to first flow path 11 for pre-heating fluid C in a supercritical state flowing through first flow path 11.
A pre-ribbon heater 72 is provided inside the second oven 70B, and is attached to the second flow path 21 to pre-heat the feed solution B flowing through the second flow path 21.

さらに、第一オーブン70Aの内部において、第一の流路11の経路中に配置されるプレリボンヒーター71の、超臨界状態の流体Cの流れ方向で下流側には、分離抽出用カラム30の上流側における圧力を検知するための圧力センサPが設けられている。 In addition, inside the first oven 70A, downstream of the pre-ribbon heater 71 arranged in the path of the first flow path 11 in the flow direction of the supercritical fluid C, a pressure sensor P is provided to detect the pressure upstream of the separation and extraction column 30.

そして、第一の流路11を流通する超臨界状態の流体Cは、第一オーブン70Aの内部に配置されたプレリボンヒーター71によって所定の温度まで予備加温され、超臨界流体として第一オーブン70Aによって加温されながら、下部導入口31から分離抽出用カラム30内に供給される。 The supercritical fluid C flowing through the first flow path 11 is preheated to a predetermined temperature by a pre-ribbon heater 71 disposed inside the first oven 70A, and is supplied into the separation and extraction column 30 from the lower inlet 31 while being heated as a supercritical fluid by the first oven 70A.

また、本実施形態においては、例えば、天然物由来の目的物質Mを含む原料と、エタノール及び水からなるフィード溶液Bとして、分離対象物溶液貯蔵槽22から送液圧送ポンプ23により、分離抽出用カラム30の上部から供給される。このようなフィード溶液Bは、プレリボンヒーター72により所定の温度まで予備加温され、第二オーブン70Bによって加温されながら、上部導入口32から分離抽出用カラム30内に供給される。 In this embodiment, for example, a raw material containing a target substance M derived from a natural product and a feed solution B consisting of ethanol and water are supplied from the separation target solution storage tank 22 to the top of the separation and extraction column 30 by a liquid pressure feed pump 23. Such feed solution B is preheated to a predetermined temperature by a pre-ribbon heater 72, and is supplied into the separation and extraction column 30 from the top inlet 32 while being heated by the second oven 70B.

第一の背圧調整機構40は、分離抽出用カラム30の下端(下部)30aに第三の流路41を介して接続され、分離抽出用カラム30内を、移動相を超臨界流体状態に保つ第一の加圧状態に調整する背圧弁である。第一の背圧調整機構40としては、必要に応じて開度を細かく変化させることが可能な、背圧弁としては、バネ式の機械式弁が好ましいが、開度が調整できるものであれば、一般的に用いられている電磁弁等を採用することができる。 The first back pressure adjustment mechanism 40 is a back pressure valve that is connected to the lower end (lower part) 30a of the separation and extraction column 30 via a third flow path 41 and adjusts the inside of the separation and extraction column 30 to a first pressurized state that keeps the mobile phase in a supercritical fluid state. As the first back pressure adjustment mechanism 40, a spring-type mechanical valve is preferable as a back pressure valve whose opening degree can be finely changed as needed, but a commonly used solenoid valve or the like can be used as long as the opening degree can be adjusted.

また、第一の背圧調整機構40の前後で、第三の流路41の流路配管の径を太くする(断面積を大きくする)ように変化させてもよい。
例えば、第一の背圧調整機構40の手前では、配管としては一般的に1/16inch(約1.6mm)サイズのものを用いるが、スラリーを含む試料の場合、第一の背圧調整機構40の後の配管として同サイズのものを用いると、閉塞することが多い。そのため、第一の背圧調整機構40の後の配管は、それよりお内径の太い配管、例えば、前の配管の4倍の大きさである、1/4inch(約6.3mm)サイズのものを用いると、スラリーを含む試料を用いた場合であっても閉塞が起きにくい。
第一の背圧調整機構40の前後は、断熱膨張が非常に起きやすいため、断熱膨張が生じる前後の位置で配管の内径を変化させることで、配管が閉塞するのを防ぐことができる。
なお、第一の背圧調整機構40には、凍結防止のため、加熱ヒータを設けてもよい。
Furthermore, the diameter of the flow passage piping of the third flow passage 41 may be changed so as to be thicker (the cross-sectional area is increased) before and after the first back pressure adjustment mechanism 40 .
For example, a piping of 1/16 inch (about 1.6 mm) size is generally used upstream of the first back pressure adjustment mechanism 40, but in the case of a sample containing a slurry, if the same size piping is used downstream of the first back pressure adjustment mechanism 40, clogging will often occur. Therefore, if a pipe with a larger inner diameter is used downstream of the first back pressure adjustment mechanism 40, for example, a pipe with a 1/4 inch (about 6.3 mm) size that is four times the size of the upstream pipe, clogging is less likely to occur even when a sample containing a slurry is used.
Since adiabatic expansion is highly likely to occur before and after the first back pressure adjustment mechanism 40, by changing the inner diameter of the piping at the positions before and after the occurrence of adiabatic expansion, clogging of the piping can be prevented.
The first back pressure adjustment mechanism 40 may be provided with a heater to prevent freezing.

第一分離槽42は、分離抽出用カラム30の下端30aから導出される液相抽出物の流れ方向で、第一の背圧調整機構40の下流側に配置される。図1中に示す例の第一分離槽42は、前段槽42aと後段槽42bとからなる多段槽として構成される。
第一分離槽42は、分離抽出用カラム30の下端30aから導出され、第一の背圧調整機構40で減圧された液相抽出物を、例えば、目的物質Mの濃縮物を含むスラリーと、それ以外のスラリーとに分離し、目的物質Mの濃縮物を分離回収する。
なお、この際に分離された流体(二酸化炭素ガス)Gを、後段に配置される湿式ガス流量計43から回収して再利用に供することも可能である。
The first separation tank 42 is disposed downstream of the first back pressure adjustment mechanism 40 in the flow direction of the liquid phase extract discharged from the lower end 30a of the separation and extraction column 30. The first separation tank 42 in the example shown in Figure 1 is configured as a multi-stage tank consisting of an upstream tank 42a and a downstream tank 42b.
The first separation tank 42 separates the liquid phase extract that is discharged from the lower end 30a of the separation and extraction column 30 and reduced in pressure by the first back pressure adjustment mechanism 40 into, for example, a slurry containing a concentrate of the target substance M and the other slurry, and separates and recovers the concentrate of the target substance M.
In addition, the fluid (carbon dioxide gas) G separated at this time can be recovered from the wet gas flow meter 43 arranged in the downstream stage and reused.

第二の背圧調整機構50は、分離抽出用カラム30の上端(上部)30bに、第四の流路51を介して接続され、分離抽出用カラム30内を、移動相を超臨界流体状態に保つ第二の加圧状態に調整する背圧弁である。図示例においては、第二の背圧調整機構50は、第四の流路51中に設けられた出口バルブ54を介して、分離抽出用カラム30の上端30bと接続されている。第二の背圧調整機構50としても、第一の背圧調整機構40と同様、細やかに開度を変化させることが可能な、一般的な電磁弁等を採用できる。
なお、第二の背圧調整機構50には、凍結防止のための加熱ヒータを設けてもよい。
第二の背圧調整機構50側は、スラリーをほとんど含まないため、閉塞のおそれはないが、第一の背圧調整機構40の前後と同様、第四の流路51の配管の径を太く構成してもよい。
The second back pressure adjustment mechanism 50 is a back pressure valve that is connected to the upper end (upper portion) 30b of the separation and extraction column 30 via a fourth flow path 51 and adjusts the inside of the separation and extraction column 30 to a second pressurized state that maintains the mobile phase in a supercritical fluid state. In the illustrated example, the second back pressure adjustment mechanism 50 is connected to the upper end 30b of the separation and extraction column 30 via an outlet valve 54 provided in the fourth flow path 51. As with the first back pressure adjustment mechanism 40, a general solenoid valve or the like that can finely change the opening degree can be used as the second back pressure adjustment mechanism 50.
The second back pressure adjustment mechanism 50 may be provided with a heater to prevent freezing.
Since the second back pressure adjustment mechanism 50 side contains almost no slurry, there is no risk of clogging. However, like the upstream and downstream of the first back pressure adjustment mechanism 40, the piping of the fourth flow path 51 may be configured to have a large diameter.

第二分離槽52は、分離抽出用カラム30の上端30bから導出される、気相抽出物の流れ方向で、第二の背圧調整機構50の下流側に配置される。図1中に示す例の第二分離槽52も、第一分離槽42と同様、前段槽52aと後段槽52bとからなる多段槽として構成される。
第二分離槽52は、分離抽出用カラム30の上端30bから導出され、第二の背圧調整機構50で減圧された気相抽出物を、例えば、モディファイヤであったエタノール水溶液と流体(二酸化炭素ガス)Gとに分離する。なお、この際に分離された流体(二酸化炭素ガス)Gについても、後段の乾式ガス流量計53から回収して再利用に供することが可能である。
The second separation tank 52 is disposed downstream of the second back pressure adjustment mechanism 50 in the flow direction of the gas-phase extract emerging from the upper end 30b of the separation and extraction column 30. Like the first separation tank 42, the second separation tank 52 in the example shown in Figure 1 is also configured as a multi-stage tank comprising a front-stage tank 52a and a rear-stage tank 52b.
The second separation tank 52 separates the gas-phase extract that is discharged from the upper end 30b of the separation and extraction column 30 and depressurized by the second back pressure adjustment mechanism 50 into, for example, an aqueous ethanol solution that was a modifier and a fluid (carbon dioxide gas) G. The fluid (carbon dioxide gas) G separated at this time can also be recovered from a dry gas flow meter 53 in the downstream stage and reused.

第一分離槽42の出口側、即ち、上記の液相抽出物の流れ方向の下流側には、湿式ガス流量計43が設けられている。湿式ガス流量計43は、第一分離槽42で分離された流体(二酸化炭素ガス)Gの流量をリアルタイム検出できるとともに、超臨界流体装置100の運転状況についてもリアルタイムで監視できる。 A wet gas flow meter 43 is provided on the outlet side of the first separation tank 42, i.e., downstream of the flow direction of the liquid phase extract. The wet gas flow meter 43 can detect the flow rate of the fluid (carbon dioxide gas) G separated in the first separation tank 42 in real time, and can also monitor the operating status of the supercritical fluid device 100 in real time.

また、第二分離槽52の出口側、即ち、上記の気相抽出物の流れ方向の下流側には、乾式ガス流量計53が設けられている。乾式ガス流量計53は、超臨界流体装置100によって分離された流体(二酸化炭素ガス)Gの流量をリアルタイム検出できるとともに、上記同様、超臨界流体装置100の運転状況についてもリアルタイムで監視できる。 A dry gas flow meter 53 is provided on the outlet side of the second separation tank 52, i.e., downstream of the flow direction of the gas phase extract. The dry gas flow meter 53 can detect the flow rate of the fluid (carbon dioxide gas) G separated by the supercritical fluid device 100 in real time, and can also monitor the operating status of the supercritical fluid device 100 in real time, as described above.

図1においては図示を省略している制御部は、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50等の超臨界流体装置100全体を制御するものであり、本実施形態においては、これら第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を連動制御する。
本実施形態の超臨界流体装置100に備えられる制御部は、分離抽出用カラム30内における、第一の背圧調整機構40によって保持される第一の加圧状態に対し、第二の背圧調整機構50によって保持される第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、これら第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御する。
The control unit, which is not shown in FIG. 1, controls the entire supercritical fluid device 100, including the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50, and in this embodiment, controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 in a linked manner.
The control unit provided in the supercritical fluid device 100 of this embodiment controls the first back-pressure adjustment mechanism 40 and the second back-pressure adjustment mechanism 50 so as to reduce the second pressurized state maintained by the second back-pressure adjustment mechanism 50 by a predetermined pressure difference relative to the first pressurized state maintained by the first back-pressure adjustment mechanism 40 in the separation and extraction column 30.

図示略の制御部は、分離抽出用カラム30の上流側に配置された圧力センサPの検出値(圧力)に加え、分離抽出用カラム30における各流体の流れ方向で下流側に各々設けられた湿式ガス流量計43及び乾式ガス流量計53の検出値等に基づき、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50の開度を適宜制御する。
本実施形態の超臨界流体装置100は、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御する制御部を備えることにより、上記のように、分離抽出用カラム30内の加圧状態を適宜調整することが可能となる。
A control unit (not shown) appropriately controls the opening degrees of the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 based on the detection value (pressure) of a pressure sensor P arranged upstream of the separation and extraction column 30, as well as the detection values of a wet gas flow meter 43 and a dry gas flow meter 53 respectively provided downstream in the flow direction of each fluid in the separation and extraction column 30.
The supercritical fluid device 100 of the present embodiment is provided with a control unit that controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50, thereby making it possible to appropriately adjust the pressurized state within the separation and extraction column 30, as described above.

制御部によって第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御することで保持される、上記の第一の加圧状態及び第二の加圧状態の各圧力は、第二の加圧状態の方が所定の圧力差で低く、且つ、超臨界状態の流体Cを超臨界流体状態に保つことが可能な圧力であれば、特に限定されない。 The pressures of the first pressurized state and the second pressurized state, which are maintained by the control unit controlling the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50, are not particularly limited as long as the second pressurized state is lower by a predetermined pressure difference and is a pressure that can maintain the fluid C in a supercritical state in a supercritical fluid state.

一方、本実施形態においては、特に、フィード溶液Bが、原料中にスラリー状とされた目的物質(分離物)Mを含む場合に、この分離物が凍結するのを防止する観点から、上記の第一の加圧状態に対し、第二の加圧状態が0.05MPa~0.15MPaの範囲で低い圧力であることが好ましい。即ち、制御部は、分離抽出用カラム30内における第一の加圧状態に対し、第二の加圧状態が0.05MPa~0.15MPaの範囲で低い圧力となるように、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御することが好ましい。 On the other hand, in this embodiment, particularly when the feed solution B contains the target substance (separated product) M in a slurried form in the raw material, from the viewpoint of preventing the separated product from freezing, it is preferable that the second pressurized state is at a lower pressure in the range of 0.05 MPa to 0.15 MPa than the first pressurized state described above. In other words, it is preferable that the control unit controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 so that the second pressurized state is at a lower pressure in the range of 0.05 MPa to 0.15 MPa than the first pressurized state in the separation and extraction column 30.

上記の圧力状態を実現する手法として、具体的には、まず、第二の背圧調整機構50を開の状態とし(このとき、第一の背圧調整機構40は閉の状態。)、乾式ガス流量計53が一定の流量となるように、送液圧送ポンプ4の流量及び第二の背圧調整機構50の開度、開度時間(第一の所定時間)を調整することで、一部の超臨界流体を抜き出して、第二の加圧状態の圧力を減圧する(工程(i))。
次に、第二の背圧調整機構50を閉の状態とし、第一の背圧調整機構40を開の状態にして、湿式ガス流量計43の流量、送液圧送ポンプ23の流量、第一の背圧調整機構40の開度、開度時間(第二の所定時間)を調整し、一部の超臨界流体を抜き出す(工程(ii))。
そして、再び、第二の背圧調整機構50を開の状態、第一の背圧調整機構40を閉の状態とし、上記の工程(i)及び工程(ii)を所定の間隔で繰り返すことにより、各々の抜き出し量を開度の調整によって制御する。このような操作により、第一の加圧状態に対し、第二の加圧状態が0.05MPa~0.15MPaの範囲で低い圧力の圧力差がついたところ(以下、「定常状態」ということもある。)で、第一分離槽42を設置して目的物質Mの濃縮物を分離回収する(工程(iii))。
Specifically, the method for realizing the above pressure state is as follows: first, the second back pressure adjustment mechanism 50 is opened (at this time, the first back pressure adjustment mechanism 40 is closed), and the flow rate of the liquid delivery pump 4 and the opening degree and opening time (first specified time) of the second back pressure adjustment mechanism 50 are adjusted so that the dry gas flow meter 53 indicates a constant flow rate, thereby extracting a portion of the supercritical fluid and reducing the pressure of the second pressurized state (step (i)).
Next, the second back pressure adjustment mechanism 50 is closed and the first back pressure adjustment mechanism 40 is opened, and the flow rate of the wet gas flow meter 43, the flow rate of the liquid delivery pump 23, the aperture and the aperture time (second predetermined time) of the first back pressure adjustment mechanism 40 are adjusted to extract a portion of the supercritical fluid (step (ii)).
Then, the second back pressure adjustment mechanism 50 is opened and the first back pressure adjustment mechanism 40 is closed again, and the above steps (i) and (ii) are repeated at predetermined intervals to control the amount of each extraction by adjusting the opening degree. When this operation results in a low pressure difference between the first pressurized state and the second pressurized state in the range of 0.05 MPa to 0.15 MPa (hereinafter sometimes referred to as the "steady state"), the first separation tank 42 is installed and a concentrate of the target substance M is separated and recovered (step (iii)).

本発明において、上記のような複数回の抜き出しを行って定常状態とするのは、急激な圧力変化による超臨界流体の特性変化や、分離抽出用カラム30の不具合の発生を防ぎつつ、定常状態となっているか否かを確認するためである。定常状態に到達したか否かは、圧力センサPの検出値及び抜き出しを行った際の吐出が定常的(乱れた脈動(間隔)がないか、抜き出し物の吹き出しが安定(流路から均質に噴き出すか))であること確認することで判定する。 In the present invention, the steady state is reached by performing multiple withdrawals as described above in order to confirm whether the steady state has been reached while preventing changes in the characteristics of the supercritical fluid due to sudden pressure changes and malfunctions of the separation and extraction column 30. Whether the steady state has been reached is determined by checking whether the detection value of the pressure sensor P and the discharge during withdrawal are steady (whether there are no disturbed pulsations (intervals) and the ejection of the extracted material is stable (whether it is ejected uniformly from the flow path)).

なお、上記のような制御としては、例えば、オーブン70に設けた可視窓により、高圧下における内部の流体の状態をリアルタイムで観察、撮影しながら、制御を実施してもよい。
また、上記のように、流量から調整する場合は、それぞれの流量は、気液平衡状態をPR(Pegn-Robinson)モデルに基づく成分系の相図から求めてもよい。
The above-mentioned control may be performed, for example, while observing and photographing the state of the internal fluid under high pressure in real time through a viewing window provided in the oven 70.
When the flow rates are adjusted as described above, the flow rates may be determined from a phase diagram of a component system based on a PR (Pegn-Robinson) model for a vapor-liquid equilibrium state.

第一の加圧状態と第二の加圧状態の各圧力が定常状態の関係となるように、制御部が第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御することにより、分離抽出用カラム30における気相側(上端30b側)と液相側(下端30a側)との間で圧力差が生じる。これにより、第一の背圧調整機構40の出口側において急激な断熱膨張が生じるのが抑制されるので、スラリー状の分離物が凍結するのを抑制できる。これにより、第一の背圧調整機構40や前後の配管等に閉塞が生じるのを防止できるので、目的物質Mの生産性に優れ、且つ、メンテナンス性にも優れたものとなる。
さらに、上記のように、分離抽出用カラム30における気相側と液相側との間で圧力差を生じさせることで、分離抽出用カラム30の下部、即ち、液相側に配置される下端30aからのスラリー状の分離濃縮物が圧力差によって押し出される力が働き、分離濃縮物の取り出しが容易になる。
The control unit controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 so that the pressures in the first pressurized state and the second pressurized state are in a steady state relationship, thereby generating a pressure difference between the gas phase side (upper end 30b side) and the liquid phase side (lower end 30a side) in the separation and extraction column 30. This suppresses the occurrence of sudden adiabatic expansion at the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism 40, thereby suppressing freezing of the slurry-like separated product. This prevents blockages in the first back pressure adjustment mechanism 40 and the piping before and after it, resulting in excellent productivity of the target substance M and excellent maintainability.
Furthermore, by generating a pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side of the separation and extraction column 30 as described above, a force is generated by the pressure difference to push the slurry-like separated concentrate from the lower part of the separation and extraction column 30, i.e., the lower end 30a located on the liquid phase side, making it easier to remove the separated concentrate.

また、制御部は、第二の背圧調整機構50を開放することで、分離抽出用カラム30の下部側における第一の加圧状態に対して、上部側における第二の加圧状態を所定の圧力差で低い圧力としたうえで、さらに、第二の背圧調整機構50を閉鎖するとともに、第一の背圧調整機構40を開放するように制御することが好ましい。第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50の開閉タイミングを上記のように制御することで、フィード溶液Bに含まれるスラリー状の目的物質Mの濃縮物(分離物)を採取する場合に、分離物の凍結による第一の背圧調整機構40や配管内に閉塞が発生するのを防止できる。 In addition, it is preferable that the control unit opens the second back pressure adjustment mechanism 50 to set the second pressurized state at the upper side of the separation and extraction column 30 to a lower pressure with a predetermined pressure difference relative to the first pressurized state at the lower side, and then closes the second back pressure adjustment mechanism 50 and opens the first back pressure adjustment mechanism 40. By controlling the opening and closing timing of the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 as described above, when collecting a slurry-like concentrate (separated product) of the target substance M contained in the feed solution B, it is possible to prevent blockages in the first back pressure adjustment mechanism 40 and piping due to freezing of the separated product.

上述したような制御を実施する場合の、第一の背圧調整機構40と第二の背圧調整機構50との間の開閉タイミングや開度は、これらを構成する各背圧弁の前後や、分離抽出用カラム30内における逆流等が生じないよう、適宜調整しながら設定することが好ましい。 When implementing the above-mentioned control, it is preferable to appropriately adjust and set the opening/closing timing and opening degree between the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 so as to prevent backflow, etc., occurring before or after each of the back pressure valves that constitute these mechanisms or within the separation and extraction column 30.

制御部は、超臨界流体装置100の定常状態での運転と、上述した第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を繰り返し開閉制御する運転とを連続で実施することが可能である。これにより、超臨界流体装置100による優れた運転効率を維持しながら、目的物質Mを得ることが可能となる。このような超臨界流体装置100の運転効率の観点からは、第一の背圧調整機構40と第二の背圧調整機構50との間の開閉タイミングの差は、できるだけ小さいことが好ましい。一方、この開閉タイミングの差が小さすぎると、分離抽出用カラム30における液相側及び気相側からの各流体の導出が同時になってしまう可能性もある。このため、制御部により、上記の開閉タイミングの差が一定以上となるように、適宜調整して設定することが好ましい。 The control unit can continuously perform the operation of the supercritical fluid device 100 in a steady state and the operation of repeatedly controlling the opening and closing of the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 described above. This makes it possible to obtain the target substance M while maintaining the excellent operating efficiency of the supercritical fluid device 100. From the viewpoint of the operating efficiency of such a supercritical fluid device 100, it is preferable that the difference in opening and closing timing between the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 is as small as possible. On the other hand, if the difference in opening and closing timing is too small, there is a possibility that each fluid will be drawn out simultaneously from the liquid phase side and the gas phase side of the separation and extraction column 30. For this reason, it is preferable that the control unit appropriately adjusts and sets the above-mentioned difference in opening and closing timing to be equal to or greater than a certain level.

また、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50の開放時間(及び閉塞時間)としても、特に限定されないが、上記の開閉タイミングを考慮しながら、例えば、第一の背圧調整機構40が2~3秒程度の開放時間となるように、制御部で設定することが好ましい。 The opening time (and closing time) of the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 are not particularly limited, but it is preferable to set the opening time (and closing time) of the first back pressure adjustment mechanism 40 to about 2 to 3 seconds, for example, in the control unit, taking into account the opening and closing timing described above.

図示略の制御部としては、特に限定されず、例えば、CPU等を備えた制御回路等からなる専用回路を用いることができる。あるいは、例えば、一般的なパーソナルコンピューター(PC)やタブレット端末を超臨界流体装置100に接続することで、これらPCやタブレット端末を制御部として使用することも可能である。 The control unit (not shown) is not particularly limited, and for example, a dedicated circuit consisting of a control circuit equipped with a CPU or the like can be used. Alternatively, for example, by connecting a general personal computer (PC) or tablet terminal to the supercritical fluid device 100, the PC or tablet terminal can be used as the control unit.

なお、本実施形態の超臨界流体装置100においては、図1中では図示を省略しているが、さらに、濃縮した抽出物(目的物質M)にモディファイヤ(例えば、エタノール溶液やエタノール水溶液)が含まれている場合には、目的物質Mとエタノール溶液(エタノール水溶液)とに分離するエバポレータ等を備えていてもよい。
また、上述したように、第一分離槽42又は第二分離槽52で分離された流体(例えば、二酸化炭素ガス)を回収して再利用に供する場合には、例えば、流体を再液化して超臨界流体源貯蔵槽1に還流し、再循環させるための、図示略の循環機構を備えた構成を採用してもよい。
In addition, although not shown in FIG. 1, the supercritical fluid device 100 of this embodiment may further include an evaporator or the like that separates the target substance M from the ethanol solution (ethanol aqueous solution) when the concentrated extract (target substance M) contains a modifier (e.g., an ethanol solution or an ethanol aqueous solution).
Furthermore, as described above, when the fluid (e.g., carbon dioxide gas) separated in the first separation tank 42 or the second separation tank 52 is recovered and reused, a configuration may be adopted that includes a circulation mechanism (not shown) for reliquefying the fluid and returning it to the supercritical fluid source storage tank 1 for recirculation.

また、本実施形態の超臨界流体装置100による分離対象物としては、特に限定されず、様々な物質を含む分離対象物の分離抽出が可能であるが、特に、上記のようなスラリー状とされた固形物を含む試料中に目的物質を含む分離対象物の分離処理を行う場合に、上記の優れた効果を発揮できる。 The object to be separated by the supercritical fluid device 100 of this embodiment is not particularly limited, and it is possible to separate and extract objects containing various substances, but the above-mentioned excellent effects can be achieved particularly when performing a separation process for an object to be separated that contains a target substance in a sample that contains a solid matter in a slurry state as described above.

<溶媒抽出分離方法>
以下に、本実施形態の溶媒抽出分離方法について、図1に示した本実施形態の超臨界流体装置100の構成も適宜参照しながら説明する。なお、既に説明した超臨界流体装置100の構成については、その詳細な説明を省略する。
<Solvent extraction separation method>
The solvent extraction separation method of this embodiment will be described below with reference to the configuration of the supercritical fluid apparatus 100 of this embodiment shown in Fig. 1. Note that detailed description of the configuration of the supercritical fluid apparatus 100 already described will be omitted.

本実施形態の溶媒抽出分離方法は、本実施形態の超臨界流体装置100を用いて、分離抽出用カラム30内において、超臨界流体となる移動相である超臨界状態の流体Cと分離対象物を含むフィード溶液Bとを向流接触させ、フィード溶液Bから溶媒を抽出して分離することにより、フィード溶液Bから濃縮した目的物質Mを分離回収する方法である。 The solvent extraction separation method of this embodiment uses the supercritical fluid device 100 of this embodiment to bring supercritical state fluid C, which is a mobile phase that becomes a supercritical fluid, into countercurrent contact with feed solution B containing the substance to be separated in a separation and extraction column 30, and extracts and separates the solvent from feed solution B, thereby separating and recovering concentrated target substance M from feed solution B.

本実施形態の溶媒抽出分離方法によれば、本実施形態の超臨界流体装置100を用いて、フィード溶液Bから濃縮した目的物質Mを分離回収することで、上記同様、分離抽出用カラム30の下端30aに接続された第一の背圧調整機構40の出口側で、スラリー状の分離物が凍結して閉塞が生じるのを防止できる。また、超臨界流体装置100を用いることで、分離抽出用カラム30の液相側である下端30aからの目的物質Mの濃縮物の取り出しが容易になる。従って、生産性よく、フィード溶液Bから目的物質Mの濃縮物を連続的に分離回収することが可能となる。 According to the solvent extraction separation method of this embodiment, the supercritical fluid device 100 of this embodiment is used to separate and recover the concentrated target substance M from the feed solution B, which prevents the slurry-like separated product from freezing and causing blockage at the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism 40 connected to the lower end 30a of the separation and extraction column 30, as described above. In addition, the use of the supercritical fluid device 100 makes it easier to extract the concentrated target substance M from the lower end 30a, which is the liquid phase side of the separation and extraction column 30. Therefore, it is possible to continuously separate and recover the concentrated target substance M from the feed solution B with good productivity.

<製品の製造方法>
本実施形態の製品の製造方法は、上述した本実施形態の溶媒抽出分離方法と同様、図1に示した本実施形態の超臨界流体装置100を用いて、分離対象物(例えば、原料及びモディファイヤを含むフィード溶液B)から目的物質Mを濃縮分離し、濃縮分離した目的物質Mを機能性成分として含む製品を製造する方法である。
<Product manufacturing method>
The method for producing a product of this embodiment is similar to the solvent extraction separation method of this embodiment described above, in that it uses the supercritical fluid apparatus 100 of this embodiment shown in FIG. 1 to concentrate and separate a target substance M from a separation subject (e.g., a feed solution B containing a raw material and a modifier), and produces a product containing the concentrated and separated target substance M as a functional component.

本実施形態の製品の製造方法における具体的なプロセスは、上述した本実施形態の溶媒抽出分離方法と同様であり、その詳細な説明を省略する。 The specific process in the manufacturing method of the product of this embodiment is the same as the solvent extraction separation method of this embodiment described above, and a detailed description thereof will be omitted.

<分離対象物から分離抽出される目的物質>
上述したような本実施形態の超臨界流体装置、及び、それを用いた溶媒抽出分離方法によって得る事が可能な目的物質としては、特に限定されないが、例えば、各種食品や医薬品、サプリメント等が挙げられる。
<Target substance separated and extracted from the separation target>
Target substances that can be obtained by the supercritical fluid apparatus of the present embodiment as described above and the solvent extraction separation method using the same are not particularly limited, but examples thereof include various foods, medicines, supplements, etc.

上述したように、本実施形態の超臨界流体装置及び溶媒抽出分離方法は、スラリー状の試料からの分離物(目的物質)が凍結するのを抑制でき、内部における閉塞が生じるのを防止できるとともに、目的物質Mの濃縮物の取り出しが容易なものである。従って、本実施形態の超臨界流体装置及び溶媒抽出分離方法で得られる目的物質、即ち、食品や医薬品、サプリメント等の生産性に優れるとともに、有機溶媒や、不要な前処理がないので、品質にも優れたものとなる。 As described above, the supercritical fluid device and solvent extraction separation method of this embodiment can suppress freezing of the separated product (target substance) from a slurry sample, prevent internal blockages, and facilitate extraction of a concentrated product of the target substance M. Therefore, the target substances obtained by the supercritical fluid device and solvent extraction separation method of this embodiment, i.e., foods, medicines, supplements, etc., are highly productive, and are of high quality because no organic solvents or unnecessary pretreatment are required.

本実施形態の超臨界流体装置及び溶媒抽出分離方法は、上記のような工業生産的な観点に基づく生産性や品質のみならず、例えば、人や地球環境に優しい医薬品の製造や、食品・飲料等の製造における色や香り、味の分離等、各種の用途開発においても有用である。 The supercritical fluid device and solvent extraction separation method of this embodiment are useful not only for productivity and quality based on the above-mentioned industrial production perspective, but also for the development of various applications, such as the production of medicines that are friendly to people and the global environment, and the separation of colors, aromas, and flavors in the production of foods and beverages.

<作用効果>
以上説明したように、本実施形態の超臨界流体装置によれば、上記のように、図示略の制御部が、分離抽出用カラム30内の下部側における第一の加圧状態に対し、上部側の第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、第一の背圧調整機構40及び第二の背圧調整機構50を制御する構成を採用している。これにより、分離抽出用カラム30における気相側と液相側とで圧力差が生じるので、第一の背圧調整機構40の出口側において急激な断熱膨張が生じるのを抑制し、スラリー状の分離物が凍結して閉塞が生じるのを防止できる。また、気相側と液相側とで圧力差が生じることで、分離抽出用カラム30の液相側である下端30aからの分離物の取り出しが容易になる。従って、生産性及びメンテナンス性に優れた超臨界流体装置100を提供できる。
<Action and effect>
As described above, according to the supercritical fluid apparatus of the present embodiment, as described above, the control unit (not shown) controls the first back pressure adjustment mechanism 40 and the second back pressure adjustment mechanism 50 so as to reduce the second pressurized state at the upper side by a predetermined pressure difference with respect to the first pressurized state at the lower side in the separation and extraction column 30. As a result, a pressure difference occurs between the gas phase side and the liquid phase side in the separation and extraction column 30, so that the occurrence of sudden adiabatic expansion at the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism 40 can be suppressed, and the slurry-like separated product can be prevented from freezing and causing blockage. In addition, the occurrence of a pressure difference between the gas phase side and the liquid phase side makes it easy to take out the separated product from the lower end 30a, which is the liquid phase side of the separation and extraction column 30. Therefore, a supercritical fluid apparatus 100 with excellent productivity and maintainability can be provided.

また、本実施形態の溶媒抽出分離方法によれば、上記構成を備えた超臨界流体装置100を用いて、分離対象物を含むフィード溶液Bから目的物質Mを分離回収する方法を採用している。これにより、上記同様、スラリー状の分離物が凍結して第一の背圧調整機構40の出口側で閉塞が生じるのを防止できるとともに、液相側からのスラリー状の分離物の取り出しが容易になる。従って、生産性よく、原料を含むフィード溶液Bから目的物質Mを連続的に分離回収することが可能となる。 In addition, according to the solvent extraction separation method of this embodiment, a method is adopted in which the target substance M is separated and recovered from the feed solution B containing the object to be separated using the supercritical fluid device 100 having the above-mentioned configuration. As a result, as in the above, it is possible to prevent the slurry-like separated product from freezing and causing blockage at the outlet side of the first back pressure adjustment mechanism 40, and it is also possible to easily remove the slurry-like separated product from the liquid phase side. Therefore, it is possible to continuously separate and recover the target substance M from the feed solution B containing the raw material with good productivity.

<本発明の他の形態>
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記のような特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
<Other aspects of the present invention>
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

本発明の超臨界流体装置は、スラリー状の分離物を液相側から取り出す場合においても、背圧弁や配管等に閉塞が生じることがなく、生産性及びメンテナンス性に優れたものである。スラリー状の分離物を扱うことができるので、天然由来成分から、目的物質を抽出する際の前処理の手間、時間が減り、また、目的物質の変性も起きにくく、有害な有機溶媒も含まないため、生産性及び安全性に優れた製品を適用できる。従って、本発明の超臨界流体装置は、例えば、本発明の超臨界流体装置を用いて得た目的物質を用い、医薬品や化粧品、サプリメント、食品素材等の、目的物質を機能性成分として含む製品の製造プロセスに非常に好適である。 The supercritical fluid apparatus of the present invention is excellent in productivity and maintainability, without causing blockages in back pressure valves or piping, even when a slurry-like separated product is extracted from the liquid phase side. Since the apparatus can handle a slurry-like separated product, the labor and time required for pretreatment when extracting a target substance from naturally occurring components is reduced, and since the target substance is less likely to denature and does not contain harmful organic solvents, products with excellent productivity and safety can be applied. Therefore, the supercritical fluid apparatus of the present invention is highly suitable for the manufacturing process of products that use the target substance obtained using the supercritical fluid apparatus of the present invention and contain the target substance as a functional ingredient, such as pharmaceuticals, cosmetics, supplements, and food ingredients.

100…超臨界・亜臨界流体装置(超臨界流体装置)
10…第一の送液部
11…第一の流路
1…超臨界流体源貯蔵槽
2…減圧弁
3…フィルター
4…送液圧送ポンプ
5…冷却機
6…安全バルブ
7…流量制御バルブ
8…ベントバルブ
20…第二の送液部
21…第二の流路
22…分離対象物溶液貯蔵槽
22a…開口部
23…送液圧送ポンプ
24…流量制御バルブ
30…分離抽出用カラム
30a…下端(下部側)
30b…(上部側)
31…下部導入口
32…上部導入口
40…第一の背圧調整機構
41…第三の流路
42…第一分離槽
42a…前段槽
42b…後段槽
43…湿式ガス流量計
50…第二の背圧調整機構
51…第四の流路
52…第二分離槽
52a…前段槽
52b…後段槽
53…乾式ガス流量計
54…出口バルブ
60…制御部
70…オーブン
70A…第一オーブン
70B…第二オーブン
71,72…プレリボンヒーター
P…圧力センサ
C…超臨界状態の流体(超臨界流体となる移動相)
B…原料及びモディファイヤを含むフィード溶液(分離対象物)
M…目的物質(スラリー状の目的物質;分離物)
G…流体(二酸化炭素ガス)
100...Supercritical/subcritical fluid device (supercritical fluid device)
LIST OF SYMBOLS 10: First liquid delivery section 11: First flow path 1: Supercritical fluid source storage tank 2: Pressure reducing valve 3: Filter 4: Liquid delivery pressure pump 5: Cooling machine 6: Safety valve 7: Flow rate control valve 8: Vent valve 20: Second liquid delivery section 21: Second flow path 22: Separation target solution storage tank 22a: Opening 23: Liquid delivery pressure pump 24: Flow rate control valve 30: Separation and extraction column 30a: Lower end (lower side)
30b...(upper side)
31: Lower inlet 32: Upper inlet 40: First back pressure adjustment mechanism 41: Third flow path 42: First separation tank 42a: Pre-stage tank 42b: Post-stage tank 43: Wet gas flow meter 50: Second back pressure adjustment mechanism 51: Fourth flow path 52: Second separation tank 52a: Pre-stage tank 52b: Post-stage tank 53: Dry gas flow meter 54: Outlet valve 60: Control unit 70: Oven 70A: First oven 70B: Second oven 71, 72: Pre-ribbon heater P: Pressure sensor C: Supercritical fluid (mobile phase that becomes a supercritical fluid)
B: Feed solution containing raw material and modifier (subject to be separated)
M: Target substance (slurry-like target substance; separated product)
G...Fluid (carbon dioxide gas)

Claims (8)

分離抽出用カラムと、
前記分離抽出用カラムの下部に第一の流路を介して接続され、超臨界流体となる移動相を供給する第一の送液部と、
前記分離抽出用カラムの上部に第二の流路を介して接続され、分離対象物を供給する第二の送液部と、
前記分離抽出用カラムの下部に第三の流路を介して接続され、前記分離抽出用カラム内を、前記移動相を超臨界流体状態に保つ第一の加圧状態とする第一の背圧調整機構と、
前記分離抽出用カラムの上部に第四の流路を介して接続され、前記分離抽出用カラム内を、前記移動相を超臨界流体状態に保つ第二の加圧状態とする第二の背圧調整機構と、
前記第一の背圧調整機構及び前記第二の背圧調整機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第一の加圧状態に対し、前記第二の加圧状態を所定の圧力差で低下させるように、前記第一の背圧調整機構及び前記第二の背圧調整機構を制御することを特徴とする、超臨界・亜臨界流体装置。
A separation and extraction column;
a first liquid delivery section connected to a lower portion of the separation and extraction column via a first flow path and configured to supply a mobile phase that becomes a supercritical fluid;
a second liquid delivery section connected to an upper portion of the separation and extraction column via a second flow path and supplying a material to be separated;
a first back pressure adjustment mechanism connected to a lower portion of the separation and extraction column via a third flow path, and configured to set the inside of the separation and extraction column to a first pressurized state for maintaining the mobile phase in a supercritical fluid state;
a second back pressure adjustment mechanism connected to an upper portion of the separation and extraction column via a fourth flow path, and configured to set the inside of the separation and extraction column to a second pressurized state for maintaining the mobile phase in a supercritical fluid state;
A control unit that controls the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism,
the control unit controls the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism so as to reduce the second pressurized state by a predetermined pressure difference with respect to the first pressurized state.
前記第三の流路は、前記第一の背圧調整機構の分離抽出用カラム側に接続された流路の断面積よりも、前記第一の背圧調整機構の下流の流路の断面積が大きいことを特徴とする、請求項1に記載の超臨界・亜臨界流体装置。 The supercritical/subcritical fluid device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the third flow path downstream of the first back pressure adjustment mechanism is larger than the cross-sectional area of the flow path connected to the separation/extraction column side of the first back pressure adjustment mechanism. 前記制御部は、前記第一の加圧状態に対し、前記第二の加圧状態が0.05MPa~0.15MPaの範囲で低い圧力となるように、前記第一の背圧調整機構及び前記第二の背圧調整機構を制御することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の超臨界・亜臨界流体装置。 The supercritical/subcritical fluid device according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit controls the first back pressure adjustment mechanism and the second back pressure adjustment mechanism so that the second pressurized state is a pressure in the range of 0.05 MPa to 0.15 MPa lower than the first pressurized state. 前記制御部は、
(i)前記第一の背圧調整機構を閉塞した状態で、前記第二の背圧調整機構を第一の所定時間開放して、第一の所定量の抜き出しを行うことで、前記第一の加圧状態に対して、前記第二の加圧状態を減圧し、
(ii)前記第二の背圧調整機構を閉塞した状態で、前記第一の背圧調整機構を第二の所定時間開放して、第二の所定量の抜き出しを行い、
(iii)前記(i)及び前記(ii)の操作を繰り返して、前記第一の加圧状態に対して、前記第二の加圧状態を、前記所定の圧力差で低い圧力となるように制御を行うことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の超臨界・亜臨界流体装置。
The control unit is
(i) in a state where the first back pressure adjustment mechanism is closed, the second back pressure adjustment mechanism is opened for a first predetermined time to extract a first predetermined amount of fluid, thereby reducing the second pressurized state relative to the first pressurized state;
(ii) closing the second back pressure adjustment mechanism and opening the first back pressure adjustment mechanism for a second predetermined time to extract a second predetermined amount of fluid;
(iii) The supercritical/subcritical fluid device according to claim 1 or 2, characterized in that the operations of (i) and (ii) are repeated to control the second pressurized state to a lower pressure with respect to the first pressurized state at the predetermined pressure difference.
前記分離対象物がスラリー状の目的物質を含むことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の超臨界・亜臨界流体装置。 The supercritical/subcritical fluid device according to claim 1 or 2, characterized in that the object to be separated contains a target substance in a slurry state. 前記制御部は、さらに、前記第二の背圧調整機構を閉鎖するとともに、前記第一の背圧調整機構を開放することにより、前記分離対象物に含まれる前記スラリー状の目的物質を含有した抽出物を採取するように制御を行うことを特徴とする、請求項5に記載の超臨界・亜臨界流体装置。 The supercritical/subcritical fluid device according to claim 5, characterized in that the control unit further performs control to close the second back pressure adjustment mechanism and open the first back pressure adjustment mechanism to collect an extract containing the slurry-like target substance contained in the separation object. 請求項1又は請求項2に記載の超臨界・亜臨界流体装置を用いて、前記分離抽出用カラム内において、前記超臨界流体となる前記移動相と前記分離対象物とを向流接触させ、前記分離対象物から溶媒を抽出して分離することにより、前記分離対象物から目的物質を分離回収する、溶媒抽出分離方法。 A solvent extraction and separation method using the supercritical/subcritical fluid device according to claim 1 or 2, in which the mobile phase which becomes the supercritical fluid is brought into countercurrent contact with the separation target in the separation and extraction column, and the solvent is extracted and separated from the separation target, thereby separating and recovering a target substance from the separation target. 請求項1又は請求項2に記載の超臨界・亜臨界流体装置を用いて、前記分離対象物から目的物質を濃縮分離し、前記濃縮分離した前記目的物質を機能性成分として含む製品の製造方法。
3. A method for producing a product comprising concentrating and separating a target substance from a separation subject using the supercritical/subcritical fluid apparatus according to claim 1 or 2, and containing the concentrated and separated target substance as a functional component.
JP2022198740A 2022-12-13 2022-12-13 Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method Active JP7522478B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022198740A JP7522478B2 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method
PCT/JP2023/043813 WO2024128121A1 (en) 2022-12-13 2023-12-07 Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction/separation method, and method for producing product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022198740A JP7522478B2 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024084458A JP2024084458A (en) 2024-06-25
JP7522478B2 true JP7522478B2 (en) 2024-07-25

Family

ID=91484961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022198740A Active JP7522478B2 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7522478B2 (en)
WO (1) WO2024128121A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040200774A1 (en) 2003-02-28 2004-10-14 Ferro Corporation Method and apparatus for producing particles using supercritical fluid
JP2007330964A (en) 2006-05-19 2007-12-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-efficiency separation method and apparatus for solid/liquid mixture by supercritical carbon dioxide and/or liquid carbon dioxide
WO2019053887A1 (en) 2017-09-15 2019-03-21 株式会社島津製作所 Supercritical fluid device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61210044A (en) * 1985-03-13 1986-09-18 Hitachi Zosen Corp Separation of organic liquid solute from solution containing said solute by solvent extraction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040200774A1 (en) 2003-02-28 2004-10-14 Ferro Corporation Method and apparatus for producing particles using supercritical fluid
JP2007330964A (en) 2006-05-19 2007-12-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-efficiency separation method and apparatus for solid/liquid mixture by supercritical carbon dioxide and/or liquid carbon dioxide
WO2019053887A1 (en) 2017-09-15 2019-03-21 株式会社島津製作所 Supercritical fluid device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024128121A1 (en) 2024-06-20
JP2024084458A (en) 2024-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4898673A (en) Dynamic supercritical fluid extraction system
US10695691B2 (en) Supercritical fluid extraction apparatuses and methods for operating the same
US9908063B2 (en) Extraction apparatus
EP2391698B1 (en) Apparatus and method for oil and fat extraction
US20190366230A1 (en) High intensity targeting (hit) supercritical fluid extraction system and related methods
WO2019093057A1 (en) Extraction device and method for same
JP7522478B2 (en) Supercritical/subcritical fluid device, solvent extraction separation method, and product manufacturing method
US10576394B2 (en) Dual phase extraction apparatus
US20060283799A1 (en) Method and device for pressing
CN101391156A (en) Fine particle preparation device using supercritical fluid quick expansion
CN110382071B (en) Superheated water extraction device with counter-pressure system and method thereof
CN101444709B (en) Method for obtaining solid particles from water solution by utilizing supercritical carbon dioxide
US8079304B2 (en) Method and device for pressing
US20210187413A1 (en) System, method and apparatus for processing organic material
CN106310708A (en) Method for obtaining wolfberry fruit extract through multistage countercurrent extraction by adopting centrifugal extractor
JP2006333835A (en) Method for treating liquid state fluid by utilizing high pressure carbon dioxide
CN102151416A (en) Safety type critical carbon dioxide extraction process
JP2008055255A (en) Target substance-extracting method and target substance-extracting device
EP3419735A1 (en) Extracting substances from botanical matter
US11987544B2 (en) Device and method for extraction of pure compounds
US11576406B2 (en) Method for the inactivation of microorganisms in foods
JP2002204942A (en) Method for continuous supercritical treatment of liquid substance, apparatus therefor, and continuous supercritical treatment system combined with refrigeration cycle
TW200829182A (en) Method and apparatus for extraction of vegetable and fruit by carbon dioxide supercritical fluid
EP2231295A1 (en) Extracting an extract substance from a raw material
US20200139274A1 (en) Filter plug assembly

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240314

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20240314

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7522478

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150